吐哈油田大間隙、不規則井眼固井技術實踐

王紅科，靳劍霞，王　野，任　路，任　強，劉　音，曹洪昌，趙福祥

（渤海鉆探工程技術研究院，天津300457）

吐哈油田大間隙、不規則井眼固井技術實踐

王紅科*，靳劍霞，王野，任路，任強，劉音，曹洪昌，趙福祥

（渤海鉆探工程技術研究院，天津300457）

吐哈油田部分區塊存在大間隙、不規則井眼的固井問題，大環空、不規則井段的存在導致頂替效率低，固井施工作業難度大，固井過程中易發生油、氣、水竄問題，影響界面膠結質量，進而影響固井質量。針對以上固井難點，通過室內實驗研究，對水泥漿配方進行了優化，采取變排量固井工藝和先導漿、聚合物前置液等技術措施，解決了鉆井液與水泥漿的相容性差問題，提高了頂替效率，解決了大間隙、不規則井眼固井技術難題，在神泉、三塘湖等區塊進行了現場試驗，固井質量優質，具有較好的應用推廣價值。

固井；大間隙；不規則；頂替效率；固井質量

大間隙、不規則井眼井的固井難題在全國普遍存在，由于井徑環空的幾何曲線不規則以及環空間隙大導致固井過程中易發生竄槽、鉆井液驅替不干凈，頂替效率低，界面無法形成有效的膠結，最終嚴重影響固井質量。吐哈油田神泉和三塘湖等地區，由于存在嚴重鹽膏層、泥巖段，導致井眼垮塌嚴重，極易形成“糖葫蘆”“大肚子”井眼現象，導致固井質量不理想。為保證這些區塊大環空、不規則井眼井的固井施工安全，提高固井質量，有針對性地優化了水泥漿體系，并采用適當的固井工藝技術，提高了固井質量，具有較好的應用推廣價值。

1　技術難點

（1）井徑不規則，頂替效率低。由于地層特性，掉塊嚴重，井徑擴大率大，并且井眼易形成“糖葫蘆”、“大肚子”井眼，導致常規水泥漿很難驅替干凈，影響膠結質量。

（2）環空間隙大。套管離井壁最大單邊距離達100mm左右，實際封固段最大環容超過70L/m，造成超大環空固井的施工難題，存在頂替效率無法保證造成竄槽的風險。

2　技術對策

2.1優化水泥漿體系

2.1.1防竄性能研究

水泥漿在候凝過程中易引起“失重”，從而導致油、氣、水發生竄槽，影響固井質量［1-3］。要從根本上解決固井后的竄槽問題和提高二界面膠結質量，必須首先解決水泥漿的體積收縮問題，在水泥中添加氣體膨脹劑是補償水泥漿體積收縮從而防止竄槽提高固井質量的有效措施之一［4］。

為此在水泥漿中加人了ZP-2氮氣防竄劑來增加水泥漿的防竄性能，ZP-2由發泡劑和穩定劑構成，在35℃以上釋放氮氣，微小氣泡均勻的分布在水泥漿中，在液柱壓力下氣泡體積收縮、儲存能量，形成預應力水泥漿。在水泥漿凝結“失重”期間，氮氣氣泡體積膨脹，補充因“失重”而降低的孔隙壓力，氮氣水泥漿形成的預應力擠壓井壁和套管，提高2個界面的膠結質量，起到防竄的作用。與其他防竄外加劑比較，ZP-2對套管不產生氫脆腐蝕。加量范圍0.2%～0.4%，常壓體積膨脹率10%～25%，如圖1所示。

圖1　水泥石膨脹對比圖

2.1.2水泥漿體系整體評價

根據現場情況，取現場水進行水泥漿體系的現場模擬評價試驗。通過大量室內試驗，最終確定了水泥漿體系的配方如下：天山G級（MSR）水泥+0.25%ZF-1+0.25%ZP-2+2.5%ZJ-5+0.15%ZH-2+現場水，以吐哈油田三塘湖地區某探井為例，通過實驗評價該水泥漿體系的綜合性能，結果如表1所示。

表1　水泥漿配方數據

圖2是該水泥漿體系在88℃、55MPa下的稠化曲線圖，從稠化曲線上可以看出，稠化之前水泥漿稠度始終保持在一個恒定值，說明該水泥漿體系可泵性好、穩定性高。稠化曲線基本呈直角化，說明可有效防止油、氣、水竄，有利于提高固井質量。

圖2　88℃、55MPa條件下水泥漿稠化曲線圖

2.2提高頂替效率措施法

2.2.1先導漿和前置液組合技術［5］

為了解決因為鉆井液與水泥漿的相容不好而引起的問題：混漿在大肚子井眼滯留、水泥漿受污染后流動性變差引起井下復雜等，在注水泥之前加入有改性木質素磺酸鹽、磺化醛酮縮聚物等復配而成的先導漿相容劑，隔出10m3鉆井液與相容劑按比例混合加以改造形成20m3先導漿，注入段長為500m左右，對鉆井液流變性進行改良，提高鉆井液與水泥漿的相容性，從而提高了頂替效率，增加第二界面膠結強度［6］。選用ZJ-5、ZF-1配置聚合物類優質前置液體系在保證有效清潔井壁的同時也能保證井壁的穩定保證施工安全，配方為：6%ZJ-5+2.5%ZF-1+配漿水，密度在1.40g/cm3左右。用先導漿、前置液、鉆井液和水泥漿進行相容性試驗，結果表明隨著前置液侵入量增大，塑性表觀粘度以及屈服值均有降低，說明混漿具有良好流變相容性，實驗數據見表2。

表2　前置液、先導漿、鉆井液和水泥漿流變相容性實驗

2.2.2變排量固井施工工藝

鑒于該井環空間隙大，頂替效率低的實際情況，決定采用紊流、塞流復合頂替技術提高頂替效率［7］。在不同替漿階段調節替漿排量，使前置液和水泥漿對不同井徑下鉆井液都具有良好的驅替效果。負壓時，在滿足施工安全作業要求的前提下盡可能采取紊流排量，通過紊流渦旋在頂替也和鉆井液界面產生擾動、攜帶作用，有效提高頂替效率。在頂替最后留2.0m3用水泥車低速碰壓，達到防止最后壓力過高壓漏地層和控制水泥漿塞流上返的雙重作用。通過在不同替漿階段調節替漿排量，達到了良好的頂替效率。

2.2.3提高套管居中度［8］

在下套管時，油頂以上150m至井底每根套管加1只彈性扶正器（彈性雙弓、旋流混加），其余水泥封固段每2根套管加1只扶正器直到設計返高為止，以確保套管的居中度。

3　現場應用及效果

（1）在吐哈油田三塘湖地區某探井進行了現場試驗。該井是吐哈油田三塘湖盆地條中構造的一口重點風險探井，目的是為了落實主要目的層構造及儲層類型與含油情況，尋找規模儲量，開辟新的勘探領域。二開鉆井中，由于油層顯示不好，甲方決定更改鉆井設計，二開改下139.7mm油層套管，下深3668m，封固段為2900～3700m，原井身結構和井徑數據如表3和圖3所示。

表3　三塘湖區塊某探井原井身結構

圖3　三塘湖區塊某探井井徑曲線示意圖

圖3為吐哈油田三塘湖某探井井徑曲線示意圖，可以看出該井的井徑極為不規則，分別在2950m、3200m、3275m、3400m和3575m附近出現5處明顯的“糖葫蘆大肚子”，經現場電測，2900～3700m平均井徑279.77mm，最大井徑334.06mm，最小井徑241.63mm。

2014年12月14日，該井進行固井施工，該井設計水泥漿封固段為2900～3700m，平均環空容積為46L/m，封固段長800m，注入水泥漿量為50m3，大泵替漿38m3，水泥車碰壓2.0m3。該井施工順利，經2014年12月17日電測數據結果如圖4所示，水泥實際返高為2325m，固井質量全井優質，達到了甲方的預期要求，該井超大環空固井取得圓滿成功。

圖4　三塘湖區塊某探井聲幅測井曲線圖

（2）在吐哈油田神泉地區對某鹽膏層井井進行了現場試驗。該井為二開井，完鉆井深2665m，鉆頭為?215mm，下入?139.7mm套管，井徑極為不規則，封固段井徑擴大率為32.9%，部分井徑數據如圖5所示。從圖中可以看出該井分別在2300m、2380m和2480m附近出現3處明顯的“糖葫蘆大肚子”，套管離井壁最大單邊距離達124mm。

圖5　神泉區塊某鹽膏層井井徑曲線示意圖

該井施工情況如下：該井封固段長1335m，注水泥漿為80m3，大泵替漿29m3，水泥車碰壓2.7m3。該井施工順利，經電測數據結果如圖6所示，水泥返高滿足設計要求，固井質量全井優質，達到了甲方的預期要求。

圖6　神泉地區某鹽膏層井井聲幅測井曲線圖

4　結論

（1）針對大環空、井徑不規則實際情況，室內優選出防竄水泥漿體系配方，采用紊流、塞流復合頂替策略固井，取得了成功。

（2）使用先導漿及聚合物高效沖洗前置液，保證有效清潔井壁和井壁的穩定，提高了頂替效率，有利于提高第二界面的膠結質量，提高了固井質量，在吐哈油田三塘湖地區和神泉地區進行了現場試驗，固井質量良好，有利于今后在其他區塊推廣應用。

［1］高元，楊廣國，常連玉，高麗.塔河油田橋古區塊防氣竄固井技術［J］.石油鉆采工藝，2013，35（6）：40-43.

［2］劉振通，李冬，黃志剛.哈薩克斯坦哈德油田低壓易漏層防氣竄固井技術［J］.石油鉆采工藝，2009，31（S2）：23-26.

［3］趙英澤，羅宇維.雙作用防氣竄固井水泥漿體系的研究與應用［J］.石油鉆采工藝，2007，29（6）：95-98.

［4］柳華杰，步玉環，王雪英.氣孔對發氣膨脹固井水泥石強度影響［J］.中國石油大學學報：自然科學版，2014，38（2）：75-81.

［5］任路，任強，彭松.吐哈油田神泉地區鹽膏層固井技術［J］.鉆井液與完井液，2014，31（4）：64-67.

［6］趙寶輝，高永會，譚文禮.影響水泥環第二界面膠結質量的因素分析［J］.鉆采工藝，2009，32（5）：16-18.

［7］丁士東.塔河油田紊流、塞流復合頂替固井技術［J］.石油鉆采工藝，2002（1）：20-22.

［8］馮福平，艾池，彭萬勇.套管偏心對水平井頂替效果的影響［J］.石油鉆采工藝，2011，33（3）：12-16.

Cementing Technology Practice of Large Gap and Irregular Borehole in Tuha Oilfield

WANG Hong-ke，JIN Jian-xia，WANG Ye，REN Lu，REN Qiang，LIU Yin，CAO Hong-chang，Zhao Fu-xiang
（Engineering Technology Research Institute，BHDC，Tianjin 300457，China）

There were borehole cementing difficulties such as large gaps and irregularity in Tuha Oilfield，which results in low displacement efficiency，great difficulity in cementing operation，oil，gas or water breakthrough，so it influences the interface cementing quality seriously.In order to solve the above difficulties the laboratory experiment research was made，the performances of cement slurry system was optimized，variable-displacement，preflush and polymer pad fluid were used to improve the cementing quality.The compatibility of drilling fluids and cement slurry as well as the displacement efficiency were improved.Large gap and irregular borehole cementing problems were resolved.The field test was carried out in Shenquan Block and Santanghu Block，which showed that the borehole cementing quality achieved highly，and has good application and promotion value.

cementing；large gap；irregular borehole；displacement efficiency；cementing quality

TE256

B

1004-5716（2016）08-0035-04

2015-09-01

中國石油集團公司項目“枯竭油氣藏型儲氣庫固井技術與壓縮機組現場試驗”先導性試驗（2014F-1501）。

王紅科（1983-），男（漢族），河北邯鄲人，工程師，現從事油田化學品研發工作。